一種纖維復(fù)合材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公布了一種纖維復(fù)合材料，為三維多層立體織物，所述三維多層立體織物包括上表層和下表層，所述上表層和下表層之間有中間間隔紗連接形成中間層，所述中間層中填充有納米纖維。一種纖維復(fù)合材料的制備方法，在三維多層立體織物中間層通過靜電紡絲法或生物法進(jìn)行納米纖維填充，從而形成纖維復(fù)合材料。本發(fā)明結(jié)構(gòu)更為穩(wěn)定，結(jié)合更為牢固，具有很好的強(qiáng)力，不僅能夠抵抗外界拉力，還能承受一定的壓縮性能，有很好的彈性回復(fù)作用。并且納米級(jí)纖維填充材料提供較高的孔隙率，過濾效率高。該方法成本低，易于工業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明復(fù)合材料還可以作為填充料，起增強(qiáng)保護(hù)作用。
【專利說明】
一種纖維復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及復(fù)合材料及其制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種纖維復(fù)合材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]復(fù)合材料是將兩種或兩種以上不同性質(zhì)的材料，通過物理或化學(xué)的方法，在宏觀或微觀上組成具有新性能的材料。多種材料產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，使復(fù)合材料的綜合性能優(yōu)于原組成材料而滿足各種不同的要求，因此復(fù)合材料的研究大受關(guān)注。纖維復(fù)合材料是復(fù)合材料組成中重要的一部分。
[0003]纖維復(fù)合材料根據(jù)用途不同，可用于氣體、液體和粉塵等的分離純化，也可用作包裝材料，支架增強(qiáng)材料。CNl 03481600A公開了一種細(xì)菌纖維素納米復(fù)合膜材的制備方法，得到的產(chǎn)物是細(xì)菌纖維素納米纖維與無紡布或織造布的復(fù)合膜材，它是以無紡布或織造布為基材，在其表面復(fù)合細(xì)菌纖維素納米纖維，無紡布或織造布在細(xì)菌纖維素復(fù)合材料的中間層，且纖維空隙里存在與上、下層細(xì)菌纖維素膜相連的細(xì)菌纖維素納米纖維。但是該復(fù)合膜材強(qiáng)度較差，不能承受一定的壓縮作用。而本發(fā)明借助于三維結(jié)構(gòu)織物的作用，克服了該缺陷。CN103894077A公開了一種多維度孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)合過濾膜及其制備方法，通過熱乳的方法，將多孔復(fù)合納米纖維層和非織造布復(fù)合在一起，其中納米纖維層是通過靜電紡絲的方法得到的，綜合了普通濾料和納米纖維濾料的優(yōu)點(diǎn)，過濾效果好，易于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。但是其生產(chǎn)工序繁多，對(duì)環(huán)境的污染也比較嚴(yán)重。本發(fā)明采用的是生物法產(chǎn)納米纖維的方法，綠色環(huán)保無公害。CN103459006公開了一種含有納米纖維的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，它是將納米纖維層復(fù)合在多孔膜上，多孔膜充當(dāng)預(yù)濾器，也就是將兩種多孔的膜復(fù)合在一起。但是這種復(fù)合材料的生產(chǎn)工序長，結(jié)合度低。本發(fā)明提出的復(fù)合方法的工藝流程短，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。CN103483606A公開了一種將靜電紡超細(xì)纖維與細(xì)菌纖維素膜片復(fù)合的制備方法，具有十分廣闊的工業(yè)化應(yīng)用前景。但是這種復(fù)合方法還是沒有脫離傳統(tǒng)的平面復(fù)合，不能承受一定的壓縮作用，并且細(xì)菌纖維素膜與纖維膜片的結(jié)合度差，容易脫離分開。本發(fā)明提供的復(fù)合結(jié)構(gòu)則解決了以上問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好，力學(xué)性能優(yōu)，壓縮回彈性好，結(jié)合度高的纖維復(fù)合材料及其制備方法。
[0005]本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案:
一種纖維復(fù)合材料，其特征在于:所述復(fù)合材料為三維立體織物，所述三維立體織物包括上表層和下表層，所述上表層和下表層之間有中間間隔紗連接形成中間層，所述中間層中填充有納米纖維。
[0006]優(yōu)選的:所述三維立體織物為經(jīng)編間隔織物，或應(yīng)加間隔織物，或機(jī)織間隔織物，所述納米纖維為自組裝細(xì)菌纖維素纖維。
[0007]其進(jìn)一步特征在于:所述上表層和下表層為編織層，中間層為不編織層。
[0008]所述間隔紗為滌綸、錦綸、睛綸、丙綸中的一種或多種的混合。
[0009]所述上表層和下表層之間的距離為Imm?600mm。
[0010]一種上述纖維復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:在三維立體織物中間層通過靜電紡絲法或生物法進(jìn)行納米纖維填充，從而形成纖維復(fù)合材料。
[0011 ] 一種優(yōu)選的方法:所述生物法填充納米纖維的步驟為:
(I)將能分泌細(xì)菌纖維素的微生物制備成種子醒液然后將種子醒液加入經(jīng)過滅菌處理的發(fā)酵培養(yǎng)基中，在培養(yǎng)箱里培養(yǎng)，使細(xì)菌大量繁殖生長，制成培養(yǎng)液；
(2 )將三維多層立體織物放入培養(yǎng)容器內(nèi)，在培養(yǎng)容器內(nèi)倒入培養(yǎng)液，控制液面高度與三維多層立體織物上表層以下，然后密封培養(yǎng)容器，在保溫箱里培養(yǎng)，讓細(xì)菌纖維素?zé)o序的生長在中間間隔紗空隙中，形成原位納米復(fù)合材料；
(3)將原位納米復(fù)合材料取出，用熱水浸泡，用去離子水反復(fù)洗滌，以除去粘附在復(fù)合材料上的殘余培養(yǎng)基，再進(jìn)行干燥，得到內(nèi)部有納米細(xì)菌纖維素復(fù)合的纖維復(fù)合材料。
[0012]所述能分泌細(xì)菌纖維素的微生物為醋酸桿菌屬、無色桿菌屬、根瘤桿菌屬、產(chǎn)堿菌屬、八疊球菌屬、土壤桿菌屬、氣桿菌屬、固氮菌屬和假單胞菌屬中的一種或幾種。
[0013]本發(fā)明提供一種新型復(fù)合結(jié)構(gòu)，是在立體織物內(nèi)部填充納米纖維形成復(fù)合材料。與傳統(tǒng)的纖維復(fù)合結(jié)構(gòu)相比，這種結(jié)構(gòu)更為穩(wěn)定，結(jié)合更為牢固，具有很好的強(qiáng)力，不僅能夠抵抗外界拉力，還能承受一定的壓縮性能，有很好的彈性回復(fù)作用。并且選擇納米級(jí)纖維填充材料可以獲得過濾效率極好的材料。一方面纖維的納米結(jié)構(gòu)可以提供較高的孔隙率，過濾效率高，而織物的結(jié)構(gòu)又提供了良好的強(qiáng)力，將兩者結(jié)合起來產(chǎn)生協(xié)同，應(yīng)用范圍大大提高，并且這種方法成本低，易于工業(yè)化生產(chǎn)。除此之外，這種復(fù)合材料可以作為填充料，起增強(qiáng)保護(hù)作用，可以達(dá)到綠色環(huán)保的目的，符合環(huán)境友好的要求，達(dá)到可持續(xù)發(fā)展的要求。
【附圖說明】
[0014]圖1、2為本發(fā)明纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]如圖1、2所示一種纖維復(fù)合材料，它是采用機(jī)織、針織方法織造的三維立體織物以及層狀機(jī)織、針織、非織造采用后處理的方法連接而成的多層立體織物，所述織物包含上表層1、下表層2和中間層，上表層1、下表層2之間有中間間隔紗3連接形成中間層。納米纖維4填充在織物的中間層，在織物內(nèi)部形成填充材料。
[0016]所述中間層包括連接上表層1、下表層2之間的編織和不編織部分。
[0017]所述織物的厚度，也就是上表層1、下表層2之間的距離在Imm?600mm。
[0018]所述織物的間隔紗3是由滌綸、錦綸、睛綸、丙綸等中的一種或多種的混合。
[0019]所述納米纖維4是通過各種靜電紡絲法、生物法等方法進(jìn)行填充的。
[0020]生物法產(chǎn)納米纖維包含自組裝細(xì)菌纖維素纖維。
[0021]細(xì)菌纖維素是由菌株包括醋酸桿菌屬、無色桿菌屬、根瘤桿菌屬、產(chǎn)堿菌屬、八疊球菌屬、土壤桿菌屬、氣桿菌屬、固氮菌屬和假單胞菌屬中的一種或幾種分泌得到的。
[0022]細(xì)菌纖維素纖維復(fù)合材料采用的是自組裝生長復(fù)合法。也就是利用細(xì)菌纖維素在氣-液面產(chǎn)生的原理，控制液面高度，指定其生長趨向，纖維素之間相互纏結(jié)，纖維素與織物之間進(jìn)行相互纏繞生長，從而形成一體穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。
[0023]細(xì)菌纖維素與織物復(fù)合后進(jìn)行純化處理。該處理方法包括加堿，升溫的方式去除培養(yǎng)基殘留成分，然后用去離子水洗滌至中性，通過真空干燥、冷凍干燥和空氣干燥的一種或幾種方式進(jìn)行干燥。
[0024]實(shí)施例1:
(I)細(xì)菌纖維素的制備:將能分泌細(xì)菌纖維素的醋酸菌屬微生物木醋桿菌活化制備成種子醒液，然后將種子醒液加入經(jīng)過滅菌處理的發(fā)酵培養(yǎng)基中，在30°C的保溫箱里培養(yǎng)7天，使細(xì)菌大量繁殖生長到一定的濃度。
[0025](2)織物與細(xì)菌纖維素復(fù)合:本實(shí)例中采用原料為滌綸的經(jīng)編間隔織物，厚度為3mm，織物上下表面均為網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)。將織物剪成直徑為7cm左右的圓形，放置在培養(yǎng)皿中。然后將上述細(xì)菌纖維素的培養(yǎng)液發(fā)倒入培養(yǎng)皿中，控制液面高度在3mm以下。然后用封口膜進(jìn)行密封，在30°C的保溫箱里培養(yǎng)4天。細(xì)菌纖維素?zé)o序的生長在經(jīng)編間隔織物的空隙中，形成原位納米復(fù)合材料。細(xì)菌纖維素生長在織物的中間層，也就是上、下表面之間。
[0026](3)織物與細(xì)菌纖維素復(fù)合材料的后處理:將原位納米復(fù)合材料取出，在30°C左右的熱水浸泡6小時(shí)，用去離子水反復(fù)洗滌，以除去粘附在原位納米復(fù)合材料上的殘余培養(yǎng)基，得到內(nèi)部有細(xì)菌纖維素濕膜復(fù)合的織物復(fù)合材料。然后在60°C的干燥箱中烘3小時(shí)后取出，在空氣中放置I小時(shí)，得到織物內(nèi)部有細(xì)菌纖維素的織物與細(xì)菌纖維素復(fù)合的纖維復(fù)合材料。
[0027]實(shí)施例2:
(I)細(xì)菌纖維素的制備:將能分泌細(xì)菌纖維素的醋酸菌屬微生物木醋桿菌活化制備成種子醒液，然后將種子醒液加入經(jīng)過滅菌處理的發(fā)酵培養(yǎng)基中，利用生物發(fā)酵罐進(jìn)行大量的生產(chǎn)，使細(xì)菌大量繁殖生長到一定的濃度。
[0028](2)織物與細(xì)菌纖維素原位復(fù)合:本實(shí)例中采用原料為滌綸的經(jīng)編間隔織物，厚度為6mm，織物上下表面均為網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)。將上述細(xì)菌纖維素的培養(yǎng)液倒入其中，控制液面高度在6mm以下，在37°C的保溫箱里培養(yǎng)7天。細(xì)菌纖維素?zé)o序的生長在經(jīng)編間隔織物的空隙中，形成原位納米復(fù)合材料。細(xì)菌纖維素生長在織物的中間層，也就是上、下表面之間。
[0029](3)織物與細(xì)菌纖維素復(fù)合材料的后處理:將原位納米復(fù)合材料取出，用60°C左右的熱水浸泡，用去離子水反復(fù)洗滌，以除去粘附在原位納米復(fù)合材料上的各種培養(yǎng)基，得到內(nèi)部有細(xì)菌纖維素濕膜復(fù)合的織物復(fù)合材料。凍干后取出，得到織物內(nèi)部有細(xì)菌纖維素的織物與細(xì)菌纖維素復(fù)合的纖維復(fù)合材料。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種纖維復(fù)合材料，其特征在于:所述復(fù)合材料為三維多層立體織物，所述三維多層立體織物包括上表層和下表層，所述上表層和下表層之間有中間間隔紗連接形成中間層，所述中間層中填充有納米纖維。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維復(fù)合材料，其特征在于:所述三維多層立體織物為經(jīng)編間隔織物，或應(yīng)加間隔織物，或機(jī)織間隔織物，所述納米纖維為自組裝細(xì)菌纖維素纖維。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的纖維復(fù)合材料，其特征在于:所述上表層和下表層為編織層，中間層為不編織層。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的纖維復(fù)合材料，其特征在于:所述間隔紗為滌綸、錦綸、睛綸、丙綸中的一種或多種的混合。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的纖維復(fù)合材料，其特征在于:所述上表層和下表層之間的距離為Imm?600mm。6.—種如權(quán)利要求1所述的纖維復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:在三維多層立體織物中間層通過靜電紡絲法或生物法進(jìn)行納米纖維填充，從而形成纖維復(fù)合材料。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的纖維復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:所述生物法填充納米纖維的步驟為: (1)將能分泌細(xì)菌纖維素的微生物制備成種子醒液然后將種子醒液加入經(jīng)過滅菌處理的發(fā)酵培養(yǎng)基中，在保溫箱里培養(yǎng)，使細(xì)菌大量繁殖生長，制成培養(yǎng)液； (2)將三維多層立體織物放入培養(yǎng)容器內(nèi)，在培養(yǎng)容器內(nèi)倒入培養(yǎng)液，控制液面高度與三維多層立體織物上表層以下，然后密封培養(yǎng)容器，在保溫箱里培養(yǎng)，讓細(xì)菌纖維素?zé)o序的生長在中間間隔紗空隙中，形成原位納米復(fù)合材料； (3)將原位納米復(fù)合材料取出，用熱水浸泡或者化學(xué)處理的方法，以除去粘附在復(fù)合材料上的殘余培養(yǎng)基，再進(jìn)行干燥，得到內(nèi)部有納米細(xì)菌纖維素復(fù)合的纖維復(fù)合材料。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的纖維復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:所述能分泌細(xì)菌纖維素的微生物為醋酸桿菌屬、無色桿菌屬、根瘤桿菌屬、產(chǎn)堿菌屬、八疊球菌屬、土壤桿菌屬、氣桿菌屬、固氮菌屬和假單胞菌屬中的一種或幾種。
【文檔編號(hào)】B32B33/00GK105856756SQ201610208118
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年4月5日
【發(fā)明人】徐陽, 張蒙, 魏取福, 李國輝
【申請(qǐng)人】江南大學(xué)